(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極反応により活性酸素種を生成する活性酸素種生成装置を冷却塔に備えた空調機器であって、
前記冷却塔は、
水を循環させるためのポンプと、
前記ポンプによって循環される水の熱交換を行うための熱交換部と、
前記熱交換部から流下した水が貯留される貯水部と、
を備え、
前記活性酸素種生成装置は、
各一部が、前記貯水部に貯留された水の水面から突出し、各他部が前記貯水部に貯留された水に浸漬された陰極及び陽極と、
前記陰極及び前記陽極の気中露出面積と水中浸漬面積との比を、前記貯水部内の水位変動に関わらず、一定に保持するための保持手段と、
を備えた空調機器。
【請求項２】
前記保持手段は、前記陰極及び前記陽極を前記貯水部内の水に浮遊させる浮遊手段からなる請求項１に記載の空調機器。
【請求項３】
前記陰極及び前記陽極は、前記貯水部内の水面に対して垂直方向に配置された請求項１又は請求項２に記載の空調機器。
【請求項４】
前記陰極は、その表面が活性酸素種生成能を有する所定の材料で被覆された請求項１から請求項３の何れかに記載の空調機器。
【請求項５】
前記陰極を被覆する材料は、所定のレドックスポリマーである請求項４に記載の空調機器。
【請求項６】
前記陰極及び前記陽極は、前記貯水部内にそれぞれ複数配置された請求項１から請求項５の何れかに記載の空調機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電極反応によって活性酸素種を生成する活性酸素種生成装置を備えた空調機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１及び２には、水中の菌の繁殖を抑制するための装置において、浮遊体の下方に電極を設け、浮遊体を水面に浮かべるものが開示されている。具体的に、特許文献１及び２に記載のものでは、水中に配置された電極から、殺菌性の金属イオンを溶出させることにより、その溶出した金属イオンによって殺菌を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３９４７１８０号公報
【特許文献２】特開２０００−１５４５７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１及び２に記載のものでは、電極から溶出させた金属イオンによって殺菌を行うため、電極基材が通電によって徐々に劣化し、長期間安定して使用することが困難であった。
【０００５】
これに対し、水中の菌の繁殖を抑制するための装置として、電極反応によって活性酸素種を生成するものも知られている。かかる生成装置では、水中の溶存酸素との反応によって活性酸素種を生成し、生成した活性酸素種によって菌の繁殖等を抑制する。このため、電極の配置が適切に行われていないと、活性酸素種の生成能が著しく低下するといった問題があった。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、活性酸素種生成装置を備えた空調機器において、電極を適切に配置して活性酸素種の生成効率を向上させるとともに、活性酸素種の生成効率が高い状態で長期に渡って使用することができるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る空調機器は、電極反応により活性酸素種を生成する活性酸素種生成装置を冷却塔に備えた空調機器であって、冷却塔は、水を循環させるためのポンプと、ポンプによって循環される水の熱交換を行うための熱交換部と、熱交換部から流下した水が貯留される貯水部と、を備え、活性酸素種生成装置は、各一部が、貯水部に貯留された水の水面から突出し、各他部が貯水部に貯留された水に浸漬された陰極及び陽極と、陰極及び陽極の気中露出面積と水中浸漬面積との比を、貯水部内の水位変動に関わらず、一定に保持するための保持手段と、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、電極を適切に配置して活性酸素種の生成効率を向上させることができる。また、活性酸素種の生成効率が高い状態で、装置の長期に渡る使用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１における活性酸素種生成装置の構成を示す概略図である。
【図２】図１に示す活性酸素種生成装置の高水位時の状態と低水位時の状態とを示す概略図である。
【図３】酸化還元反応によるポリアニリンの構造変化を示す図である。
【図４】過酸化水素濃度の推移を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態２における空調機器の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
この発明をより詳細に説明するため、添付の図面に従ってこれを説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。
【００１３】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における活性酸素種生成装置の構成を示す概略図、図２は図１に示す活性酸素種生成装置の高水位時の状態と低水位時の状態とを示す概略図である。
【００１４】
図１及び図２において、１は水反応槽、２は水反応槽１に溜められた水、３は本願発明の要部を構成する活性酸素種生成部である。水反応槽１内には、陰極４及び陽極５からなる電極が配置されている。陰極４及び陽極５は、例えば、板状を呈しており、それぞれの一部が水２の水面２ａから突出し、他部のみが水２に浸漬されて（浸されて）いる。陰極４及び陽極５は、電圧印加手段６に接続されており、所定の電圧が印加できるように構成されている。
【００１５】
活性酸素種生成部３は、電圧印加手段６によって陰極４及び陽極５に所定の電圧が印加されることにより、電極反応によって水２中に活性酸素種を生成する。なお、電極（陰極４及び陽極５）は、水反応槽１に貯留された水２を殺菌処理するために必要な量の活性酸素種を生成することができるように、水２への浸漬量（面積）が設定されている。生成された活性酸素種は、濃度勾配による自然拡散により、電極の表面から水２全体に拡散する。また、水反応槽１内にポンプ等の水流発生手段（図示せず）を設置したり、水反応槽１に配管を介してポンプ等の水流発生手段を接続したりして電極の近傍に水流を強制的に発生させても、生成された活性酸素種を水２全体に拡散させることができる。
【００１６】
７は電極（陰極４及び陽極５）に設けられた浮遊手段（保持手段）である。浮遊手段７は、電極の表面積のうち、空気中に露出している面積（水２に浸されていない面積の意：以下、「気中露出面積」という）と、水２に浸されている面積（以下、「水中浸漬面積」という）との比率（図１におけるＡ：Ｂ）を一定に保持するためのものである。即ち、浮遊手段７により、電極が水面２ａに対して常に同じ位置に保持される。
【００１７】
活性酸素種は、水２中の溶存酸素により生成される物質である。このため、電極と水面２ａとの位置関係、即ち、電極の気中露出面積と水中浸漬面積との比は、一定であることが望ましい。浮遊手段７は、このような機能を実現するための手段を構成するが、電極の気中露出面積と水中浸漬面積との比を、常に厳密に一定に保持できなくても構わない。例えば、ポンプ等の水流発生手段が備えられている場合は、水面２ａに微小な揺れが発生する。かかる場合、電極の水面２ａに対する位置は、水面２ａの微小な揺れの全てに一致していなくても良い。但し、本実施の形態のような電極に固定した浮遊手段７であれば、電極の位置を水面２ａの微小な揺れにも追従させることは可能である。
【００１８】
具体的に、浮遊手段７は、発泡材等、浮力によって電極を水２に浮遊させることができるもので構成される。
また、保持手段として、浮遊以外の他の手段を採用しても良い。例えば、ボールタップ等の水位検出手段によって水反応槽１内の水位を検出し、滑車構造や可動軸により、検出した水位（水面２ａの位置）に合わせて、電極の位置（高さ）を調節しても良い。
【００１９】
陰極４は、浮遊手段７が設けられることにより、その一部（所定位置から上方の部分）が水面（喫水線）２ａよりも常に上方に配置され、空気中に露出した状態となる。また、陰極４の他部（上記所定位置から下方の部分）は、水面２ａよりも常に下方に配置され、水２に浸漬された状態となる。即ち、浮遊手段７は、水反応槽１内の水２の量（水位）に関わらず、陰極４の気中露出面積と水中浸漬面積との比を一定に保持する。例えば、高水位時の陰極４の気中露出面積Ａ１と水中浸漬面積Ｂ１との比は、低水位時の陰極４の気中露出面積Ａ２と水中浸漬面積Ｂ２との比と同じ（Ａ１：Ｂ１＝Ａ２：Ｂ２）になる。（図２では、浮遊手段７の記載を省略している。）
【００２０】
陽極５についても、陰極４と同様である。即ち、陽極５は、浮遊手段７が設けられることにより、その一部（所定位置から上方の部分）が水面２ａよりも常に上方に配置され、空気中に露出した状態となる。また、陽極５の他部（上記所定位置から下方の部分）は、水面２ａよりも常に下方に配置され、水２に浸漬された状態となる。即ち、浮遊手段７は、水反応槽１内の水２の量（水位）に関わらず、陽極５の気中露出面積と水中浸漬面積との比を一定に保持する。
【００２１】
また、電極は、広い面積を有する面が水面２ａに対して垂直となるように配置される。かかる配置であれば、溶存酸素濃度が高い水面２ａ近傍の電極の表面積を多くすることができ、活性酸素種の生成効率を向上させることが可能となる。エアバブリングといった水２中の溶存酸素濃度を上げるための手段が特に備えられていない場合、水２中への酸素の供給は、水２と空気とが接する水面２ａにおいて行われる。このため、電極の上記配置は、エアバブリング等の酸素供給手段が備えられていない場合に、特に有効である。なお、エアバブリング等の酸素供給手段が備えられている場合は、電極の水２に浸漬されている部分の一部を酸素供給手段（或いは、酸素供給手段から供給される酸素（空気））の近傍に配置すれば良い。
【００２２】
活性酸素種の生成能を向上させる手段の一つに、陰極４の表面に活性酸素種の生成能を有する材料を塗布する方法がある。具体的には、活性酸素種生成能を有する材料として導電性高分子（レドックスポリマー）が採用され、陰極４の表面がレドックスポリマーによって被覆される。なお、レドックスポリマーの具体例としては、例えば、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアセン等が挙げられる。
【００２３】
レドックスポリマーとは、化学的重合、電気的重合といった重合方法に関わらず生成され、電子の授受により酸化状態或いは還元状態に可逆的に変化する物質のことである。活性酸素を生成するためには、酸素の還元作用に最も優れるポリアニリンを陰極４に担持させる構成が好ましい。図３は酸化還元反応によるポリアニリンの構造変化を示す図である。図３に示すように、ポリアニリンは、還元型から酸化型に構造変化する際に、その触媒的作用によって電子と水２中の酸素とを反応させて、活性酸素の一種であるスーパーオキシド（Ｏ２−）を生成する（式１参照）。他に、過酸化水素やヒドロキシラジカルといった物質も生成される。
Ｏ２＋ＰＡｎ（ｒｅｄ）→Ｏ２−＋ＰＡｎ（ｏｘ）    ・・・（１）
【００２４】
式１に示す活性酸素種の生成反応によって、ポリアニリンは、酸化型へと構造変化する。しかし、陰極４には、電圧印加手段６から電子が供給されるため、供給される電子によってポリアニリンは元の状態に戻り、継続して活性酸素種を生成することができる。
【００２５】
なお、非ドープポリアニリンを電極の表面に塗布して用いる場合は、表面抵抗値が高くなるため、例えば、電子供給材をポリアニリンの層と電極の基材との間に設ける。これにより、ポリアニリンへの電子の供給を容易に行うことが可能となり、電極の基材全体の導電性を向上させることができる。上記電子供給材は、例えば、アルミニウム、チタン、ステンレス、カーボンといった材料から構成されることが好ましい。また、その形状は、粒子状、ハニカム状等、ポリアニリンと接する表面積が大きいものであることが好ましい。
【００２６】
なお、図１及び図２には、最も簡単な例として、水反応槽１内に陰極４と陽極５とを一つずつ配置したものを示している。陰極４や陽極５を水反応槽１内に複数（積層して）配置する場合は、例えば、陽極５に隣接して配置した陰極４の側面のうち、陽極５に対面しない一面を、他の陰極４の一面に対面するように配置する。即ち、「陰極−陽極−陰極」を一組として、この一組或いは複数組を水反応槽１内に並べて配置する。かかる構成であれば、陰極４と陽極５とを交互に配置した場合よりも、活性酸素種の生成効率を向上させることができる。これは、陰極４の設置数に対して陽極５の設置数が少なくなるため、陽極５での活性酸素種の消失反応を抑制することができるためである。
【００２７】
図４は過酸化水素濃度の推移を示す図である。具体的に、図４は、電極の気中露出面積と水中浸漬面積との比を一定にした場合の過酸化水素濃度の推移と、電極の位置を水反応槽１に対して固定した場合の過酸化水素濃度の推移とを示している。なお、図４に示す結果は、電極２の表面にポリアニリンを塗布するとともに、水反応槽１内への水２の追加を行わず、且つ、水２を強制的に循環させる手段を備えていない試験系で得られたものである。
【００２８】
上記試験系では、水反応槽１内の水２が少しずつ蒸発していくため、水反応槽１の水位は、時間の経過とともに低下する。このため、電極の位置を水反応槽１に対して固定した場合は、時間の経過とともに、活性酸素種の生成に有効に作用する水中浸漬面積が減少してしまう。その結果、図４に示すように、電極の位置を固定した場合は、電極の気中露出面積と水中浸漬面積との比を一定にした場合よりも活性酸素種生成能が徐々に劣化していき、最終的に到達する濃度にも差が生じてしまう。
【００２９】
このように、活性酸素種生成部３に浮遊手段７（保持手段）を備えることにより、電極と水面２ａとの位置関係、即ち、電極の気中露出面積と水中浸漬面積との比を、水反応槽１内の水２の量（水位）に関わらず一定に保持することができ、活性酸素種の生成効率を向上させることができる。また、上記構成の活性酸素種生成装置は、電極から金属イオンを溶出させる従来装置と比較して電極寿命が長く、長期間安定して使用することができる。
【００３０】
本装置で生成された活性酸素種水は強い酸化力を持つため、この水及びこの水と接触させた物質の抗菌等を行うことができる。
なお、上記抗菌等とは、滅菌、消毒、殺菌、除菌、抗菌を含む概念であり、カビ、ウィルスを含めた微生物や小型水生生物の発生、生育、増殖を抑制或いは死滅させることをいう。
【００３１】
また、本願において、活性酸素種とは、スーパーオキシド（Ｏ２・−）、ヒドロキシラジカル（・ＯＨ）、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）、一重項酸素（１Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）等、分子状酸素である三重項酸素（Ｏ２）より活性化された酸素、及びその関連分子のことをいう。
【００３２】
実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２における空調機器の構成を示す概略図である。本実施の形態においては、実施の形態１において説明した活性酸素種生成装置（の活性酸素種生成部３）を空調機器に適用した例について説明する。なお、図５には、冷却塔８を有する空調機器を示している。
【００３３】
図５に示すように、空調機器の冷却塔８には、ポンプ９、配管１０、熱交換部１１、貯水部１２（実施の形態１における水反応槽１に相当）、ファン１３が備えられている。
【００３４】
ポンプ９によって冷却塔８内を循環する水１４は、配管１０内を図５に示す矢印の方向に通って、熱交換部１１に供給される。熱交換部１１は、配管１０から供給される水１４の熱交換を行う。熱交換部１１から流下した水１４は、貯水部１２に溜まるとともに、その一部は、ポンプ９によって配管１０内に取り込まれる。なお、ファン１３は、熱交換部１１において水１４を空冷するため、冷却塔８内に外気を取り込むためのものである。
【００３５】
実施の形態１において詳細を説明した活性酸素種生成部３は、貯水部１２内に配置され、陰極４及び陽極５の下部側が、貯水部１２に貯留された水１４に浸漬されている。即ち、活性酸素種生成部３の電極は、浮遊手段７によって水面１４ａに対して常に同じ位置に保持される。
【００３６】
上記構成を有する空調機器では、運転中は冷却塔８内で水１４が循環し、貯水部１２内の水量もある程度一定に保たれる。しかし、夜間等、空調機器の運転が停止されると、冷却塔８内の水１４が貯水部１２に溜まり、冷却塔８全体の水量が変化していないにも関わらず、貯水部１２の水位が上昇する。
【００３７】
このように、内部で水位変動が生じる機器では、活性酸素種生成装置に浮遊手段７（保持手段）が備えられていない場合、高水位時及び低水位時の双方において菌の繁殖を十分に抑制できるように電極を水１４に浸漬させなければならず、電極が大型化するといった問題がある。また、高水位時に電極の給電部が水面１４ａ下に配置されてしまう場合は、給電部の劣化を防止するための防水処理を電極に施す必要があり、コストの上昇や設計の手間が発生してしまう。
【００３８】
本構成の空調機器（活性酸素種生成装置）であれば、このような問題が発生することはなく、実施の形態１と同様の効果を奏することが可能である。
なお、活性酸素種生成装置自体の構成は、実施の形態１と同様である。
【００３９】
実施の形態１に示した活性酸素種生成装置（活性酸素種生成部３）は、空調機器の他、給湯装置や下水等の処理施設においても適用することができる。本活性酸素種生成装置は、水中の菌を抑制する他、カビの繁殖の抑制や水の脱臭を目的とした技術にも応用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１  水反応槽
２、１４  水
２ａ、１４ａ  水面（喫水線）
３  活性酸素種生成部
４  陰極
５  陽極
６  電圧印加手段
７  浮遊手段
８  冷却塔
９  ポンプ
１０  配管
１１  熱交換部
１２  貯水部
１３  ファン
【図１】
0005310772.tif 000002
【図２】
0005310772.tif 000003
【図３】
0005310772.tif 000004
【図４】
0005310772.tif 000005
【図５】
0005310772.tif 000006